JPWO2018199080A1 - Imaging flow cytometer - Google Patents
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Abstract
イメージングフローサイトメーターは、観測対象物が流される少なくとも1つの流路と、流路に対して帯状の励起光を照射する光源と、励起光が照射される位置を通過した観測対象物からの蛍光を撮像することにより、観測対象物のある断面を撮像する撮像部と、撮像部が撮像した断面が撮像された複数の撮像画像に基づいて、観測対象物の3次元の画像を生成する3次元画像生成部とを備える。The imaging flow cytometer includes at least one flow path through which an observation target flows, a light source that irradiates the flow path with a band-like excitation light, and fluorescence from the observation target that has passed through the position where the excitation light is irradiated. A three-dimensional image generating unit that generates a three-dimensional image of the observation target based on a plurality of captured images of the cross-section captured by the imaging unit. An image generation unit.
Description
本発明は、イメージングフローサイトメーターに関する。
本願は、2017年4月28日に、日本に出願された特願2017−090798号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present invention relates to an imaging flow cytometer.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-090798 for which it applied to Japan on April 28, 2017, and uses the content here.
従来、観測対象物を蛍光染色し、この蛍光輝度の総量によって観測対象物の特徴を評価するフローサイトメトリー法や、このフローサイトメトリー法を用いたフローサイトメーターが知られている(例えば、特許文献1)。また、観測対象物となる細胞・細菌等の微粒子を画像によって評価する蛍光顕微鏡やイメージングサイトメーターが知られている。
加えて、フローサイトメーターと同等のスループットで微粒子の形態情報を高速に撮影するイメージングフローサイトメーターが知られている(例えば、特許文献2)。また、観測対象物となる細胞に帯状の励起光を照射して、この励起光が照射される照射面に対して異なる角度の面の画像や、観察対象物の3次元画像を得る多面光学顕微鏡が知られている(例えば、特許文献3及び特許文献4)。2. Description of the Related Art Conventionally, there are known a flow cytometry method in which an observation target is fluorescently stained and the characteristics of the observation target are evaluated based on a total amount of the fluorescence luminance, and a flow cytometer using the flow cytometry method (for example, Patent Reference 1). In addition, a fluorescence microscope and an imaging cytometer that evaluate fine particles of cells, bacteria, and the like as observation objects by using images are known.
In addition, there is known an imaging flow cytometer that captures morphological information of fine particles at a high speed at the same throughput as a flow cytometer (for example, Patent Document 2). In addition, a polygonal optical microscope that irradiates a band-shaped excitation light to a cell serving as an observation target to obtain an image of a plane at a different angle with respect to an irradiation surface irradiated with the excitation light or a three-dimensional image of the observation target. Are known (for example, Patent Documents 3 and 4).
従来のイメージングフローサイトメーターでは、励起光が照射される面を撮像することにより、細胞の2次元画像を生成する。しかし、イメージングフローサイトメーターなどの高速に細胞を観察する条件下において、細胞の3次元画像を生成する方法は知られていなかった。
本発明の課題は、観測対象物の3次元画像を高速に生成するイメージングフローサイトメーターを提供することにある。In a conventional imaging flow cytometer, a two-dimensional image of a cell is generated by imaging a surface irradiated with excitation light. However, a method of generating a three-dimensional image of a cell under a condition of observing the cell at a high speed such as an imaging flow cytometer has not been known.
An object of the present invention is to provide an imaging flow cytometer that generates a three-dimensional image of an observation target at high speed.
本発明の一態様は、観測対象物が流される少なくとも1つの流路と、前記流路に対して帯状の励起光を照射する光源と、前記励起光が照射される位置を通過した前記観測対象物からの蛍光を撮像することにより、前記観測対象物のある断面を撮像する撮像部と、前記撮像部が撮像した前記断面が撮像された複数の撮像画像に基づいて、前記観測対象物の3次元の画像を生成する3次元画像生成部とを備えるイメージングフローサイトメーターである。 One embodiment of the present invention provides at least one flow path through which an observation target flows, a light source that irradiates the flow path with a band-like excitation light, and the observation target that has passed a position irradiated with the excitation light. An imaging unit that captures an image of a cross section of the observation target by imaging fluorescence from the object; and a three-dimensional image of the observation target based on a plurality of captured images of the cross section captured by the imaging unit. The imaging flow cytometer includes a three-dimensional image generation unit that generates a three-dimensional image.
また、本発明の一態様は、上記のイメージングフローサイトメーターにおいて、前記撮像部が撮像した前記断面が示す前記観測対象物の形態を示す情報に基づいて、観測対象物を分取する。 In one embodiment of the present invention, in the imaging flow cytometer, the observation target is sorted based on information indicating a form of the observation target indicated by the cross section captured by the imaging unit.
また、本発明の一態様は、上記のイメージングフローサイトメーターにおいて、前記流路は、並列に並べられた複数の流路であって、前記励起光は、複数の前記流路に対して照射され、前記撮像部は、複数の前記流路をそれぞれ流される前記観測対象物の前記断面を撮像する。 In one embodiment of the present invention, in the above-described imaging flow cytometer, the flow path is a plurality of flow paths arranged in parallel, and the excitation light is applied to the plurality of flow paths. The imaging unit images the cross section of the observation target flowing through each of the plurality of flow paths.
また、本発明の一態様は、上記のイメージングフローサイトメーターにおいて、前記光源と前記蛍光の強さを検出する撮像素子との間の光路上に、光特性が互いに異なる複数の領域を有する光変調部が配置され、前記撮像部は、前記撮像素子が検出する前記蛍光の強さと、前記光変調部の前記光特性とに基づいて、前記観測対象物の前記断面の像を、撮像画像として再構成する。 Further, one embodiment of the present invention is the above-described imaging flow cytometer, wherein the light modulation includes a plurality of regions having different optical characteristics on an optical path between the light source and the image sensor for detecting the intensity of the fluorescence. A section, and the imaging section re-creates the image of the cross section of the observation target as a captured image based on the intensity of the fluorescence detected by the imaging element and the optical characteristics of the light modulation section. Constitute.
本発明によれば、観測対象物の3次元画像を高速に生成するイメージングフローサイトメーターを提供ことができる。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging flow cytometer that generates a three-dimensional image of an observation target at high speed.
<第1の実施形態>
以下、図面を参照して細胞測定システムの第1の実施形態について説明する。
図1は、細胞測定システム1の外観構成を示す図である。<First embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a cell measurement system will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an external configuration of the
細胞測定システム1は、イメージングフローサイトメーター20と、表示部10とを備える。イメージングフローサイトメーター20は、観測対象物が流される少なくとも1つの流路を備える。なお、本実施形態では、観測対象物が細胞である場合について説明するが、観測対象物は細胞に限られない。観測対象物は、光を透過するものであればよい。この細胞は、蛍光染色された細胞である。
The
イメージングフローサイトメーター20は、この流路を流される細胞の3次元画像を生成する。表示部10は、イメージングフローサイトメーター20が生成した3次元画像を表示する。表示部10は、例えば、液晶ディスプレイを備えており、さまざまな画像を表示する。この表示部10に表示される画像には、イメージングフローサイトメーター20が生成する細胞の3次元画像が含まれている。
The
<イメージングフローサイトメーター20の機能構成>
次に、図2を参照して、イメージングフローサイトメーター20の機能構成について説明する。
図2は、第1の実施形態の細胞測定システム1の機能構成の一例を示す図である。<Functional configuration of
Next, a functional configuration of the
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the
図2には、3次元直交座標系として、xyz座標系を示す。本実施形態において、x軸方向は、流路21の奥行き方向である。また、y軸方向が流路21における細胞CLが流される方向である。細胞CLは、y軸方向の+y方向に流される。z軸方向は、流路21と直交する方向であって、流路21の高さ方向である。
FIG. 2 shows an xyz coordinate system as a three-dimensional orthogonal coordinate system. In the present embodiment, the x-axis direction is a depth direction of the
イメージングフローサイトメーター20は、上述した流路21に加えて、撮像部22と、記憶部24と、3次元画像生成部25とを備える。
The
撮像部22は、光源26と、対物レンズOGと、撮像素子27と、光学素子L1と、光学素子L2と、光学素子L3と、制御部200とを備える。
光源26は、流路21に対して帯状の励起光LSを照射する。具体的には、光源26は、流路21に対して帯状のコヒーレント光を照射する。帯状の励起光LSとは、コヒーレント光を絞ることにより、帯状にした励起光である。帯状にした励起光とは、x軸方向に試料の径よりも長い幅をもち、y軸方向に試料の径よりも短い厚みに調整されたコヒーレント光である。本実施形態では、光源26は、ダイクロイックミラーM1と、対物レンズOGとを介して、流路21に対して帯状の励起光LSを照射する。
以下の説明では、流路21の励起光LSが照射される位置のことを、照射位置とも記載する。この照射位置を通過した細胞CLは、励起光LSによって蛍光分子が励起されることにより発光する。この発光による光が、蛍光FLである。
撮像部22は、励起光LSが照射される位置を通過した細胞CLからの蛍光FLを撮像する。これにより、撮像部22は、細胞CLのある断面を撮像する。ここで、ある断面とは、励起光LSによって蛍光分子が励起された面である。言い換えると、ある断面とは、試料が流路21を流される方向とは異なる方向の面である。なお、この細胞のある断面を撮像する光学系の構成は、例えば、米国特許出願公開第2015/0192767号明細書及び米国特許第8582203号明細書などに開示される構成である。The
The
In the following description, the position of the
The
対物レンズOGは、細胞CLからの蛍光FLを集光する。対物レンズOGとは、照射位置に焦点があう位置に配置される対物レンズである。以下の説明では、照射位置に焦点があう位置のことを焦点位置FPとも記載する。なお、対物レンズは、ドライ対物レンズあっても、液浸対物レンズであってもよい。液浸対物レンズとは、油浸レンズや、水浸レンズなどである。 The objective lens OG collects the fluorescent light FL from the cell CL. The objective lens OG is an objective lens arranged at a position where the irradiation position is focused. In the following description, a position where the irradiation position is focused on is also referred to as a focal position FP. The objective lens may be a dry objective lens or an immersion objective lens. The immersion objective lens is an oil immersion lens, a water immersion lens, or the like.
対物レンズOGによって集光された蛍光は、光学素子L1と光学素子L2と光学素子L3とを介して、撮像素子27において結像される。この一例では、対物レンズOGによって集光された蛍光は、光学素子L1を介して像VRIとして結像される。この像VRIは、細胞CLをx軸方向とz方向とをそれぞれ反転した像である。撮像素子27は、像VRIを、光学素子L2及び光学素子L3を介して撮像する。
The fluorescence condensed by the objective lens OG forms an image on the
この撮像素子27に結像される像は、流路21に対して励起光LSを照射した面の方向とは異なる方向の面である。本実施形態では、この撮像素子27に結像される像は、励起光LSの照射面に対して直交する面の場合について説明する。この面は、細胞CLの断面である。
The image formed on the
<断面について>
ここで、図3を参照して、撮像素子27が撮像する細胞CLの断面の一例について説明する。
図3は、撮像素子27が撮像する細胞CLの断面を示す図である。
図3(a)は、励起光LSと、細胞CLとの位置の関係を示す図である。光源26から照射される励起光LSは、z軸方向に照射される。つまり、励起光LSは、面APの方向に照射される。
図3(b)は、図3(a)から見た細胞CLを、y軸方向から見た図である。励起光LSは、y軸方向とx軸方向とに帯状に広がる。細胞CLは流路21を流されることにより、この帯状に広がった励起光LSを通過する。ここで、図3(a)に示す励起光LSの幅W1は、図3(b)に示す励起光LSの幅W2よりも狭い。具体的には、幅W1は、2〜3μmである。
図3(c)は、撮像素子27が撮像する細胞CLの断面を示す図である。撮像素子27は、面APと直交する面である面LPを撮像する。<About the cross section>
Here, an example of a cross section of the cell CL imaged by the
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross section of the cell CL imaged by the
FIG. 3A is a diagram illustrating the relationship between the position of the excitation light LS and the position of the cell CL. The excitation light LS emitted from the
FIG. 3B is a diagram of the cell CL viewed from FIG. 3A viewed from the y-axis direction. The excitation light LS spreads in a band shape in the y-axis direction and the x-axis direction. The cells CL pass through the
FIG. 3C is a diagram illustrating a cross section of the cell CL imaged by the
図2に戻り、撮像素子27は、この細胞の断面を撮像する。ここで、撮像素子27は、は、具体的にはラインスキャンカメラである。ラインスキャンカメラは、撮像素子27の縦方向又は横方向の画素列毎に、検出された光の強さを取得する。撮像素子27は、ラインスキャン型の撮像素子を用いることにより、像が結像される領域の画素列の光の強さのみを取得することができる。これにより、撮像素子27は、ラインスキャン型以外の撮像素子と比較して、像が結像されない領域の画素列の光の強さを取得する時間を短縮することができる。また、撮像素子27から取得した光の強さに基づいて、撮像画像を生成する画像処理の時間を短縮することができる。これにより、撮像素子27は、高速に像を取得することができる。
この一例では、撮像素子27は、sCMOS(Scientific CMOS;科学計測用CMOS)などから構成される撮像素子である。sCMOSは、従来のCCDや、CMOSによって構成される撮像素子よりも、高速かつ画質よく撮像することができる。
撮像素子27は、撮像した撮像画像を、画像取得部23に対して供給する。Returning to FIG. 2, the
In this example, the
The
制御部200は、例えばCPUや、GPU(Graphics Processing
Unit)、FPGA(field−programmable gate array)などを備えており、種々の演算や情報の授受を行う。制御部200は、画像取得部23を、その機能部として備える。
画像取得部23は、撮像素子27から撮像画像を取得する。画像取得部23は、撮像素子27から取得した撮像画像を、断面画像PICとして、記憶部24に記憶させる。記憶部24には、断面画像PICが撮像された順に記憶される。The
Unit), an FPGA (field-programmable gate array), and the like, and perform various calculations and exchange of information. The
The
3次元画像生成部25は、記憶部24から複数の断面画像PICを取得する。3次元画像生成部25は、記憶部24から取得した複数の断面画像PICに基づいて、細胞CLの3次元画像を生成する。具体的には、3次元画像生成部25は、断面画像PICが撮像された順に−y軸方向に向かって結合する。この断面画像PICは、上述した面LPを撮像した画像である。
The three-dimensional
ここで、図4を参照して、3次元画像生成部25が断面画像PICを結合する順番について詳細に説明する。
図4は、3次元画像生成部25が断面画像PICを結合する順番を示す図である。
図4(a)は、細胞CLの断面と断面画像と対応関係の一例を示す図である。
細胞CLは、+y軸方向に向かって移動する。撮像部22は、細胞CLの断面CS1から断面CSnまでのnつの断面画像PICを順に撮像する。断面CSnのnとは、1以上の整数である。
記憶部24には、断面CS1の断面画像PIC1から、断面CSnの断面画像PICnまでが記憶される。Here, the order in which the three-dimensional
FIG. 4 is a diagram illustrating the order in which the three-dimensional
FIG. 4A is a diagram illustrating an example of a correspondence relationship between a cross section of a cell CL and a cross-sectional image.
The cell CL moves in the + y-axis direction. The
The
図4(b)は、3次元画像生成部25が断面画像PIC1から断面画像PICnまでを結合する順番を示す図である。3次元画像生成部25は、断面画像PICが撮像された順に−y軸方向に向かって結合する。これは、細胞CLが+y軸方向に移動するためである。なお、結合の順番は、細胞CLの移動方向に応じて変更する。
図4(b)には、3次元直交座標系として、XYZ座標系を示す。このXYZ座標系は、3次元画像生成部25が生成する3次元画像の座標系である。3次元画像生成部25は、このXYZ座標系と、xyz座標系とを対応付けた状態で、断面画像PIC1から断面画像PICnを結合する。具体的には、3次元画像生成部25は、X方向と、x方向とを同じ方向にして結合する。3次元画像生成部25は、Y軸方向とy軸方向とを同じ方向にして結合する。3次元画像生成部25は、Z軸方向とz軸方向とを同じ方向にして結合する。また、3次元画像生成部25は、断面画像PIC1から断面画像PICnを順に、−Y軸方向に結合することにより、細胞CLの3次元画像を生成する。FIG. 4B is a diagram illustrating the order in which the three-dimensional
FIG. 4B shows an XYZ coordinate system as a three-dimensional orthogonal coordinate system. This XYZ coordinate system is a coordinate system of a three-dimensional image generated by the three-dimensional
図2に戻り、3次元画像生成部25は、生成した細胞CLの3次元画像を、表示部10に表示させる。表示部10は、細胞CLの3次元画像を表示する。
Returning to FIG. 2, the three-dimensional
<イメージングフローサイトメーター20の動作の概要>
次に、図5を参照して、イメージングフローサイトメーター20の動作手順の概要について説明する。
図5は、イメージングフローサイトメーター20の動作の一例を示す流れ図である。なお、ここに示す動作手順は、一例であって、動作手順の省略や動作手順の追加が行われてもよい。<Overview of the operation of the
Next, an outline of an operation procedure of the
FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the
(ステップS10)撮像素子27は、常に焦点位置FPの像を撮像する。画像取得部23は、撮像素子27から信号を取得する。信号とは、上述した断面画像PICを示す信号である。
(ステップS20)画像取得部23は、撮像素子27から取得した信号に変化があるか否か判定する。具体的には、画像取得部23には、流路を細胞CLが流されていない状態の信号である検出前信号が記憶される。画像取得部23は、検出前信号と、撮像素子27から取得した信号とを比較する。具体的には、画像取得部23は、検出前信号と撮像素子27から取得した信号とが、所定の差が無い場合には、信号に変化が無いと判定する。画像取得部23は、検出前信号と撮像素子27から取得した信号とが、所定の差がある場合には、信号に変化があると判定する。(Step S10) The
(Step S20) The
(ステップS20;NO)画像取得部23は、信号に変化が無いと判定する場合には、ステップS10から処理を繰り返す。
(ステップS20;YES)画像取得部23は、信号に変化があると判定する場合には、撮像素子27から取得した信号を、断面画像PICとして、記憶部24に記憶させる(ステップS30)。(Step S20; NO) When determining that there is no change in the signal, the
(Step S20; YES) When determining that there is a change in the signal, the
(ステップS40)画像取得部23は、撮像素子27から信号を取得する。
(ステップS50)画像取得部23は、撮像素子27から取得した信号に基づいて、細胞CLの断面を撮像し終えたか判定する。具体的には、画像取得部23は、検出前信号と撮像素子27から取得した信号とが、所定の差がある場合には、細胞の断面を撮像し終えていないと判定する。画像取得部23は、検出前信号と撮像素子27から取得した信号とが、所定の差が無い場合には、細胞の断面を撮像し終えたと判定する。(Step S40) The
(Step S50) Based on the signal acquired from the
(ステップS50;NO)画像取得部23は、細胞の断面を撮像し終えていないと判定する場合には、ステップS30から処理を繰り返す。
(ステップS50;YES)画像取得部23は、細胞の断面を撮像し終えたと判定する場合には、ステップS60の処理を実行する。(Step S50; NO) When determining that the imaging of the cross section of the cell has not been completed, the
(Step S50; YES) When determining that the imaging of the cross section of the cell has been completed, the
(ステップS60)3次元画像生成部25は、記憶部24から複数の断面画像PICを取得する。3次元画像生成部25は、記憶部24から取得した複数の断面画像PICを、結合することにより、3次元画像を生成する。
(ステップS70)3次元画像生成部25は、生成した3次元画像を表示部10に表示させる。イメージングフローサイトメーター20は、処理を終了する。(Step S60) The three-dimensional
(Step S70) The three-dimensional
<第1の実施形態のまとめ>
以上説明したように、イメージングフローサイトメーター20は、流路21と、撮像部22と、3次元画像生成部25とを備える。撮像部22は、流路21を流される細胞CLの断面を、断面画像PICとして撮像する。3次元画像生成部25は、撮像部22が撮像した複数の断面画像PICを結合することにより、3次元画像を生成する。これにより、イメージングフローサイトメーター20は、細胞CLの3次元画像を生成することができる。<Summary of First Embodiment>
As described above, the
また、撮像部22が備える撮像素子27は、sCMOSによって構成される撮像素子である。sCMOSは、CMOSやCCDによって構成される撮像素子と比較して、高速に撮像することができる。撮像素子27は、1秒間に多くの撮像可能な枚数が撮像できる。
また、sCMOSは、CMOSやCCDによって構成される撮像素子と比較して、ノイズが低減された高画質の撮像画像を生成することができる。これにより、イメージングフローサイトメーター20は、細胞CLの詳細な3次元画像を生成することができる。The
In addition, sCMOS can generate a high-quality captured image with reduced noise as compared with an image sensor configured by CMOS or CCD. Thereby, the
なお、上述した説明では、撮像部22が対物レンズOGと、光学素子L1と、光学素子L2と、光学素子L3とを備える構成について説明したが、これに限られない。撮像部22は、例えば、米国特許出願公開第2015/0192767号明細書に開示される構成であってもよい。
In the above description, the configuration in which the
なお、流路21は、図6に示すように、並列に並べられた複数の流路であってもよい。
図6は、複数の流路の一例である。In addition, the
FIG. 6 is an example of a plurality of flow paths.
図6(a)は、複数の流路を、y軸方向から見た図である。
流路21aから流路21dの流路は、それぞれx軸方向に並列に並べられて配置される。x軸方向とは、上述したように、流路の奥行き方向である。
励起光LSは、光源26から複数の流路21に対して照射される。対物レンズOGは、この照射位置を通過する細胞CLの蛍光FLを集光する。撮像部22は、複数の流路をそれぞれ流される細胞CLの断面を撮像する。3次元画像生成部25は、この複数の細胞CLの断面が撮像された断面画像PICのうちから、流路21aから流路21dのそれぞれに流される細胞の3次元画像を生成する。FIG. 6A is a diagram of the plurality of flow paths viewed from the y-axis direction.
The channels from the
The excitation light LS is emitted from the
これにより、イメージングフローサイトメーター20は、一度の撮像によって複数の細胞CLの断面が撮像された断面画像PICを生成することができる。これにより、イメージングフローサイトメーター20は、一度に撮像される流路の数に応じて、細胞の3次元画像の生成数を増やすことができる。つまり、イメージングフローサイトメーター20は、より高速に細胞CLの詳細な3次元画像を生成することができる。
Thereby, the
図6(b)は、撮像素子27に結像された複数の細胞CLの断面の一例を示す図である。複数の細胞CLの断面は、撮像素子27の幅UW、高さUHの範囲に結像される。この範囲は、撮像素子27が撮像可能な範囲の一部である。
画像取得部23は、撮像素子27の幅UW、高さUHに含まれる画素の信号を取得する。言い換えると、画像取得部23は、撮像素子27が撮像可能な範囲の一部の画素の信号を取得する。これにより、画像取得部23は、撮像素子27から、撮像素子27が有する画素の信号全てを取得する場合と比較して、高速に信号を取得することができる。
なお、図6では、流路21が4つの流路の場合について説明したが、これに限られない。FIG. 6B is a diagram illustrating an example of a cross section of a plurality of cells CL imaged on the
The
In FIG. 6, the case where the
<第2の実施形態>
次に、図7を参照して、イメージングフローサイトメーターの第2の実施形態について説明する。なお、上述した第1の実施形態と同一の構成及び動作については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図7は、第2の実施形態の細胞測定システム1aの機能構成の一例を示す図である。<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the imaging flow cytometer will be described with reference to FIG. Note that the same components and operations as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the
細胞測定システム1aは、圧縮センシングによって、細胞CLの断面の撮像画像を生成する点において、上述した第1の実施形態と異なる。本実施形態の圧縮センシングは、1又は少数画素検出素子が検出する蛍光FLの信号の強さに基づいて、細胞CLの断面の画像を再構成することをいう。なお、この細胞のある断面を細胞CLの断面の画像を再構成する方法は、例えば、国際公開第2016/136801号などに開示される。
イメージングフローサイトメーター20aは、光変調部28と、撮像部22aとを備える。The
The
光変調部28は、光特性が互いに異なる複数の領域を有する。光特性とは、例えば、光の透過率、光強度、光波長及び偏光のいずれか1つ以上に関する特性である。なお、光特性は、これらに限定されない。光変調部28は、例えば、空間光変調器や、光特性が異なる複数の領域が印刷されるフィルムなどが含まれる。
光変調部28は、光源26と、撮像素子27aとの間の光路上に配置される。本実施形態では、光源26から流路21に対して照射される励起光LSの光路上の、光源26とダイクロイックミラーM1との間に配置される。この配置の構成の事を、構造化照明の構成とも記載する。構造化照明は、光変調部28によって構造化された構造化励起光SLSを、流路21に対して照射する。流路21を流される細胞CLは、この構造化励起光SLSが照射されることにより、蛍光FLを発光する。The
The
撮像部22aは、撮像素子27aと、制御部200aとを備える。
撮像素子27aは、蛍光FLの強さを検出する。撮像素子27aとは、例えば、1画素検出素子である。本実施形態では、上述したsCMOSの一部分の画素である。撮像素子27aは、検出した蛍光FLの強さを示す光強度情報を、信号取得部29に対して供給する。The
The
制御部200aは、例えば、CPUや、GPU、FPGAなどを備えており、種々の演算や情報の授受を行う。制御部200aは、信号取得部29と、画像生成部30とを、その機能部として備える。
信号取得部29は、撮像素子27aから、光強度情報を取得する。信号取得部29は、撮像素子27aから取得した光強度情報を、取得した時系列の順に記憶する。信号取得部29は、時系列に並べられた光強度情報を、画像生成部30に対して供給する。The
The
画像生成部30は、撮像素子27aが検出する蛍光FLの強さと、光変調部28の光特性とに基づいて、細胞CLの断面の像を、断面画像PICとして再構成する。具体的には、画像生成部30は、信号取得部29から時系列に並べられた光強度情報を取得する。画像生成部30は、信号取得部29から取得した時系列に並べられた光強度情報と、光変調部28の光特性とに基づいて、細胞CLの断面の像を、断面画像PICとして再構成する。
画像生成部30は、再構成した断面画像PICを記憶部24に記憶させる。
3次元画像生成部25は、上述した第1の実施形態と同様に、3次元画像を生成する。The
The
The three-dimensional
<イメージングフローサイトメーター20aの動作の概要>
次に図8を参照して、イメージングフローサイトメーター20aの動作の概要について説明する。
図8は、イメージングフローサイトメーター20aの動作の一例を示す流れ図である。
なお、ここに示す動作手順は、一例であって、動作手順の省略や動作手順の追加が行われてもよい。<Overview of the operation of the
Next, an outline of the operation of the
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the
The operation procedure shown here is an example, and the operation procedure may be omitted or an operation procedure may be added.
(ステップS110)撮像素子27aは、常に蛍光FLの強さを検出する。信号取得部29は、撮像素子27aから蛍光FLの強さを示す信号を取得する。
(ステップS120)信号取得部29は、撮像素子27aから取得した信号に変化があるか否かを判定する。具体的には、信号取得部29には、流路を細胞CLが流されていない状態の信号である検出前信号が記憶される。信号取得部29は、検出前信号と、撮像素子27aから取得した信号とを比較する。具体的には、信号取得部29は、検出前信号と撮像素子27aから取得した信号とが、所定の差が無い場合には、信号に変化が無いと判定する。信号取得部29は、検出前信号と撮像素子27aから取得した信号とが、所定の差がある場合には、信号に変化があると判定する。(Step S110) The
(Step S120) The
(ステップS120;NO)信号取得部29は、信号に変化が無いと判定する場合には、ステップS110から処理を繰り返す。
(ステップS120;YES)信号取得部29は、信号に変化があると判定する場合には、撮像素子27aから取得した信号を、時系列の順に記憶する(ステップS130)。(Step S120; NO) When determining that there is no change in the signal, the
(Step S120; YES) When determining that there is a change in the signal, the
(ステップS140)信号取得部29は、撮像素子27aから信号を取得する。撮像素子27aは、撮像素子27aから取得した信号に変化があるか否かを判定する。この判定は、上述したステップS120と同様である。
(Step S140) The
(ステップS140;YES)信号取得部29は、信号に変化があると判定する場合には、ステップS130から処理を繰り返す。
(ステップS140;NO)信号取得部29は、信号に変化が無いと判定する場合には、ステップS150の処理を実行する。(Step S140; YES) When determining that there is a change in the signal, the
(Step S140; NO) When determining that there is no change in the signal, the
(ステップS150)信号取得部29は、画像生成部30に対して、時系列に並べられた光強度情報を供給する。画像生成部30は、信号取得部29から、時系列に並べられた光強度情報を取得する。画像生成部30は、信号取得部29から取得した時系列に並べられた光強度情報と、光変調部28の光特性とに基づいて、細胞CLの断面の像を、断面画像PICとして再構成する。画像生成部30は、再構成した断面画像PICを、記憶部24に記憶させる。
(Step S150) The
(ステップS160)3次元画像生成部25は、記憶部24から複数の断面画像PICを取得する。3次元画像生成部25は、記憶部24から取得した複数の断面画像PICを、結合することにより、3次元画像を生成する。
(ステップS170)3次元画像生成部25は、生成した3次元画像を表示部10に表示させる。イメージングフローサイトメーター20aは、処理を終了する。(Step S160) The three-dimensional
(Step S170) The three-dimensional
<第2の実施形態のまとめ>
以上説明したように、イメージングフローサイトメーター20aは、光変調部28と、信号取得部29と、画像生成部30とを備える。信号取得部29は、撮像素子27aから取得した光強度情報を時系列の順に並べて記憶する。画像生成部30は、信号取得部29が記憶する時系列の順に並べられた光強度情報と、光変調部28の光特性とに基づいて、細胞CLの断面の像が含まれる断面画像PICを再構成する。この再構成された像は、y軸方向に幅を持つ像である。これにより、イメージングフローサイトメーター20aは、撮像素子27aから信号を取得する回数を、上述した第1の実施形態よりも減らすことができる。イメージングフローサイトメーター20aは、より高速に3次元画像を生成することができる。<Summary of Second Embodiment>
As described above, the
なお、上述した説明では、光変調部28が、励起光LSを変調する構成について説明したが、これに限られない。例えば、細胞CLからの蛍光FLを変調する位置に配置されてもよい。例えば、図7の光変調部28aに示す位置である。この光変調部28が配置される位置は、蛍光FLの光路上における撮像素子27aの手前の位置である。この光変調部28が配置される位置は、蛍光FLの光路上における撮像素子27aの手前の位置に配置される構成のことを、構造化検出とも記載する。
In the above description, the configuration in which the
なお、第1の実施形態及び第2の実施形態で説明したように、制御部200及び制御部200aは、GPUを備える。これにより、CPUのみで画像処理する場合と比較して、画像処理にかかる時間を短縮することができる。また、制御部200及び制御部200aは、FPGAを備えることにより、論理回路によって信号処理を行うことができる。これにより、制御部200及び制御部200aは、ソフトウェアで信号処理する場合と比較して、信号処理にかかる時間を短縮することができる。また、制御部200及び制御部200aが備えるFPGAは、論理回路構成を変更可能である。このため、制御部200及び制御部200aが処理する信号の種類に応じた論理回路に変更することができる。言い換えると、イメージングフローサイトメーター20及びイメージングフローサイトメーター20aは、観測対象物に応じてFPGAの論理回路構成を変更することで、より高速に観測対象物を観測することができる。
In addition, as described in the first embodiment and the second embodiment, the
なお、イメージングフローサイトメーター20及びイメージングフローサイトメーター20aは、細胞CLが撮像された断面画像PIC又は3次元画像に基づいて、細胞をソーティングしてもよい。言い換えると、イメージングフローサイトメーター20及びイメージングフローサイトメーター20aは、断面画像PIC又は3次元画像に含まれる細胞の形態を示す情報に基づいて、細胞をソーティングしてもよい。ソーティングとは、流路21を流される測定対象物のうちから、所定の細胞を分取することである。この所定の細胞は、ユーザーによって予め選択されていればよい。
ここで、ソーティングについて説明する。例えば、観測対象物として所定の細胞と、ゴミや他の細胞などの所定の細胞とは異なる物とが、流路21に流されることがある。観測対象物のうちから所定の細胞を選択して取り出すことが、ソーティングである。
つまり、イメージングフローサイトメーター20及びイメージングフローサイトメーター20aは、ユーザーによって予め選択された細胞の形態を示す情報と、断面画像PIC又は3次元画像に含まれる細胞の形態を示す情報とを比較することにより、ソーティング対象の細胞か否かを判定し、分取する。
従来のイメージングフローサイトメーターでは、細胞が撮像された撮像画像を生成するために多くの時間を要していた。このため、従来のフローサイトメーターでは、撮像画像に基づいてソーティングを行うことができなかった。上述したイメージングフローサイトメーター20及びイメージングフローサイトメーター20aは、制御部200及び制御部200aが高速に撮像画像を生成して画像処理を行うため、ソーティングすることができる。また、イメージングフローサイトメーター20及びイメージングフローサイトメーター20aは、複数の流路21を備えるため、この流路の数に応じてソーティングされる細胞CLの数を増やすことができる。Note that the
Here, the sorting will be described. For example, a predetermined cell as an observation target and an object different from the predetermined cell such as dust or other cells may flow in the
That is, the
In a conventional imaging flow cytometer, it takes a lot of time to generate a captured image of a cell. For this reason, the conventional flow cytometer cannot perform sorting based on the captured image. The above-described
ここで、図9を参照して、具体的に細胞をソーティングする構成について説明する。
図9は、細胞をソーティングする流路を+z軸方向から見た構成の一例を示す図である。
この一例では、イメージングフローサイトメーター20及びイメージングフローサイトメーター20aは、流路21aと、流路21bと、流路21cと、流路21dとを備える。流路21aと、流路21bと、流路21cと、流路21dとは、記載の順にx軸方向に並列に配置される。
流路21aには、細胞CL1がy軸の−方向から、+方向に向かって流される。流路21bには細胞CL2がy軸の−方向から、+方向に向かって流される。流路21cには細胞CL3がy軸の−方向から、+方向に向かって流される。流路21dには細胞CL4がy軸の−方向から、+方向に向かって流される。Here, a configuration for sorting cells will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration in which a channel for sorting cells is viewed from the + z-axis direction.
In this example, the
The cell CL1 flows through the
流路21aは、分取ルート211aと、分取外ルート212aと、ソーティング部210aとを備える。流路21bは、分取ルート211bと、分取外ルート212bと、ソーティング部210bとを備える。流路21cは、分取ルート211cと、分取外ルート212cと、ソーティング部210cとを備える。流路21dは、分取ルート211dと、分取外ルート212dと、ソーティング部210dとを備える。以下の説明では、分取ルート211a、分取ルート211b、分取ルート211c、及び、分取ルート211dを区別しない場合には、分取ルート211とも記載する。また、以下の説明では、分取外ルート212a、分取外ルート212b、分取外ルート212c、及び、分取外ルート212dを区別しない場合には、分取外ルート212とも記載する。また、以下の説明では、ソーティング部210a、ソーティング部210b、ソーティング部210c、及び、ソーティング部210dを区別しない場合には、ソーティング部210とも記載する。
The
分取ルート211とは、流路21を流される細胞が、所定の細胞である場合に流される流路である。分取外ルート212とは、流路21を流される細胞が、所定の細胞では無い場合に流される流路である。ソーティング部210は、細胞が流されるルートを、分取ルート211と分取外ルート212とのうちから切り替える。
The sorting route 211 is a channel that flows when the cells that flow in the
以下の説明では、流路21aの動作について説明するが、流路21b、流路21c及び流路21dの動作も同様である。
イメージングフローサイトメーター20及びイメージングフローサイトメーター20aは、励起光LSによって細胞CL1から発光された蛍光FLを、撮像素子27によって撮像する。イメージングフローサイトメーター20及びイメージングフローサイトメーター20aは、この撮像した蛍光FLに基づいて、細胞CL1が、所定の細胞であるか否かを判定する。イメージングフローサイトメーター20及びイメージングフローサイトメーター20aは、細胞CL1が励起光LSを通過してから、ソーティング部210aに到達するまでの間に判定する。
ソーティング部210aは、この判定結果が、所定の細胞であることを示す場合には、細胞CL1を、分取ルート211aに流す。ソーティング部210aは、この判定結果が、所定の細胞では無いことを示す場合には、細胞CL1を、分取外ルート212aに流す。これにより、イメージングフローサイトメーター20及びイメージングフローサイトメーター20aは、所定の細胞を分取することができる。In the following description, the operation of the
The
If the determination result indicates that the cell is a predetermined cell, the
以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and may be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. it can.
なお、上述の各装置は内部にコンピュータを有している。そして、上述した装置の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。 Each of the above devices has a computer inside. The process of each process of the above-described apparatus is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above process is performed by reading and executing the program by the computer. Here, the computer-readable recording medium refers to a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to a computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。Further, the program may be for realizing a part of the functions described above.
Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
1,1a…細胞測定システム、10…表示部、20,20a…イメージングフローサイトメーター、21,21a,21b,21c,21d…流路、22,22a…撮像部、23…画像取得部、24…記憶部、25…3次元画像生成部、26…光源、27,27a…撮像素子、28,28a…光変調部、29…信号取得部、30…画像生成部、200,200a…制御部、CL…細胞、L1,L2,L3…光学素子、OG…対物レンズ 1, 1a: Cell measurement system, 10: Display unit, 20, 20a: Imaging flow cytometer, 21, 21a, 21b, 21c, 21d: Flow path, 22, 22a: Imaging unit, 23: Image acquisition unit, 24: Storage unit, 25: three-dimensional image generation unit, 26: light source, 27, 27a: imaging element, 28, 28a: light modulation unit, 29: signal acquisition unit, 30: image generation unit, 200, 200a: control unit, CL ... cells, L1, L2, L3 ... optical elements, OG ... objective lenses
Claims (4)
前記流路に対して帯状の励起光を照射する光源と、
前記励起光が照射される位置を通過した前記観測対象物からの蛍光を撮像することにより、前記観測対象物のある断面を撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した前記断面が撮像された複数の撮像画像に基づいて、前記観測対象物の3次元の画像を生成する3次元画像生成部と
を備えるイメージングフローサイトメーター。At least one flow path through which the observation target is flown;
A light source for irradiating the channel with a band-like excitation light,
An imaging unit that images a cross section of the observation target by imaging fluorescence from the observation target that has passed through the position where the excitation light is irradiated,
An imaging flow cytometer comprising: a three-dimensional image generation unit that generates a three-dimensional image of the observation target based on a plurality of captured images of the cross section captured by the imaging unit.
請求項1に記載のイメージングフローサイトメーター。The imaging flow cytometer according to claim 1, wherein the observation target is sorted based on information indicating a form of the observation target indicated by the cross section captured by the imaging unit.
前記励起光は、複数の前記流路に対して照射され、
前記撮像部は、複数の前記流路をそれぞれ流される前記観測対象物の前記断面を撮像する
請求項1又は請求項2に記載のイメージングフローサイトメーター。The flow path is a plurality of flow paths arranged in parallel,
The excitation light is applied to the plurality of flow paths,
The imaging flow cytometer according to claim 1, wherein the imaging unit captures an image of the cross section of the observation target flowing through each of the plurality of flow paths.
前記撮像部は、
前記撮像素子が検出する前記蛍光の強さと、前記光変調部の前記光特性とに基づいて、前記観測対象物の前記断面の像を、撮像画像として再構成する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のイメージングフローサイトメーター。On the optical path between the light source and the imaging device that detects the intensity of the fluorescence, a light modulation unit having a plurality of regions having different light characteristics is arranged,
The imaging unit,
The image of the cross section of the observation target is reconstructed as a captured image based on the intensity of the fluorescence detected by the imaging element and the optical characteristics of the light modulation unit. An imaging flow cytometer according to any one of the preceding claims.
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